Eficiência energética na parte comum dos edifícios coletivos
Rui Sérgio de Seixas Gonçalves
Dissertação apresentada à Escola Superior de Tecnologia e Gestão do
Instituto Politécnico de Bragança para obtenção do grau de mestre em
Energias Renováveis e Eficiência Energética
Dissertação realizada sob a orientação de
Professor Eng.º Joaquim Tavares da Silva, IPB – ESTiG
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Agradecimentos
Primeiro gostaria de dar uma palavra especial de agradecimento ao meu orientador, Eng.º Tavares da Silva, professor do Departamento de Eletrotecnia da ESTIG do IPB, pelo apoio, disponibilidade e compreensão demonstrados ao longo do período de execução desta dissertação.
Gostaria ainda de agradecer a ajuda das pessoas envolvidas no desenvolvimento desta dissertação, nomeadamente ao Professor Doutor Orlando Soares do Departamento de Eletrotecnia da ESTIG/IPB.
Gostaria também de agradecer a toda a família e amigos que de certa forma me deram o seu apoio para o desenvolvimento desta dissertação.
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Resumo
Esta dissertação foi elaborada maioritariamente com base nos conhecimentos adquiridos ao longo do Mestrado em Energias Renováveis e Eficiência Energética, mas também envolveu um vasto trabalho de recolha e tratamento de informação variada, proveniente de várias fontes, com destaque para as empresas de Energias Renováveis e de comercialização de elevadores, bem como legislação ligada às energias renováveis e pesquisas bibliográficas em bases de dados nacionais e internacionais.
Foi efetuado um estudo associado ao consumo de energia elétrica na parte comum do edifício, aonde se verificou que no âmbito da iluminação e dos elevadores, podem ser tomadas mediadas para tornar o edifício muito mais eficiente.
Pelo exposto efetuou-se um estudo sobre o tipo de lâmpadas existentes para aplicação no setor doméstico, o qual serviu como base para efetuar as propostas de alteração.
O mesmo procedimento foi realizado para os elevadores, verificando-se que neste âmbito também existem melhorias significativas que se possam implementar, daí terem sido efetuadas as respetivas propostas.
Todas as propostas foram complementadas com um estudo de viabilidade económica.
Também foi projetada uma microprodução através de painéis fotovoltaicos, para instalação no edifício, acompanhada do estudo de viabilidade económica.
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Abstract
This dissertation was elaborate mainly based on the knowledge acquired during the Master in Renewable Energy and Energy Efficiency, but also involved an enormous amount of information collection and treatment varied from several sources, especially for companies and Renewable Energy marketing of elevators, as well as legislation related to renewable energy research and bibliographic databases nationally and internationally.
A study was made from the consumption of electricity in the common part of the building, where it was found that under the lights and the lifts can be mediated taken to make the building more efficient.
For these reasons we performed a study on the type of lamps available for use in the domestic sector, which served as the basis for making the amendments.
The same procedure was conducted for the lifts, verifying that this area there are also significant improvements that can be implemented, there have been made of the respective proposals. All proposals were supplemented by an economic feasibility study.
Also designed a micro through photovoltaic panels for installation in the building, accompanied by the economic feasibility study.
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Índice
1. Introdução ... 10
2. Enquadramento energético do setor elétrico ... 11
3. Identificação do imóvel alvo de análise ... 14
3.1. Consumos de energia ... 15
4. Módulo I – Portões elétricos, bomba de água e vídeo porteiros ... 16
4.1. Portões elétricos ... 16
4.2. Bomba de água ... 16
4.3. Vídeo Porteiros ... 16
5. Módulo II – Iluminação... 18
5.1. Situação atual ... 18
5.2. Estudo do tipo de lâmpadas existentes ... 21
5.2.1. Lâmpadas incandescentes... 22
5.2.2. Lâmpadas fluorescentes tubulares ... 23
5.2.3. Lâmpadas fluorescentes compactas (LFC) ... 25
5.2.4. Lâmpadas de halogéneo ... 25
5.2.5. Díodos emissores de luz (LEDs) ... 26
5.2.6. Etiquetagem energética ... 28
5.2.7. Resumo do tipo de lâmpadas ... 29
5.3. Situação proposta ... 29
5.3.1. Garagens... 29
5.3.2. Serviços comuns ... 31
5.3.2.1. Alternativa 1 ... 31
5.3.2.2. Alternativa 2 ... 31
5.4. Estudo de Viabilidade económica ... 33
6. Módulo III – Elevadores ... 36
6.1. Situação atual ... 36
6.2. Estudo sobre elevadores ... 37
6.2.1. Funcionamento do elevador convencional ... 37
6.2.2. Problemas dos elevadores convencionais VS proposta ... 38
6.2.2.1. Iluminação da cabine ... 38
6.2.2.2. Quadro de comando ... 38
6 6.2.2.4. Máquinas utilizadas ... 39 6.2.2.5. Motores utilizados ... 41 6.3. Situação proposta ... 42 6.3.1. Alternativa 1 ... 42 6.3.2. Alternativa 2 ... 43
6.4. Estudo de viabilidade económica ... 44
7. Módulo IV - Instalação de um microprodução ... 46
7.1. Dados do local e orçamento ... 48
7.2. Dimensionamento da microprodução ... 50
7.2.1. Inversor ... 50
7.2.1.1. Características do Inversor ... 51
7.2.2. Módulos Fotovoltaicos ... 52
7.2.2.1. Determinação da Umax e Umin dos módulos ... 53
7.2.3. Validação dos módulos/inversor ... 54
7.3. Estimativa da energia produzida ... 56
7.4. Esquema de instalação ... 57
7.5. Instalação dos módulos solares ... 59
7.5.1. Tipos de sombras ... 59
7.5.2. Distância mínima entre módulos e sombras ... 60
7.6. Dimensionamento da cablagem e proteções ... 65
7.6.1. Cabos ... 65
7.6.1.1. Cálculo da secção da cablagem das fileiras ... 66
7.6.1.2. Cálculo da secção da cablagem do cabo AC ... 67
7.6.2. Proteções... 68
7.6.2.1. Acoplamento eletromagnético ... 68
7.6.2.2. Fusíveis de fileira ... 69
7.6.2.3. Equipamentos de corte e seccionamento ... 69
7.6.2.4. Proteção contra descargas atmosféricas ... 70
7.7. Estudo de viabilidade económica ... 70
8. Conclusão ... 72
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Índice de figuras
FIGURA 1 – Evolução do consumo de energia eletrica em Portugal [13] ... 11
FIGURA 2 – Consumo de eletricidade em Portugal por tipo de consumo (Ano 2009) [13] ... 11
FIGURA 3 – Evolução do preço médio da eletricidade em Portugal Continental [15] ... 12
FIGURA 4 – Previsão da evolução do preço do kWh ... 13
FIGURA 5 – Esquema da constituição do edifício ... 14
FIGURA 6 – Luminária de teto existente ... 18
FIGURA 7 – Circuitos de iluminação existentes... 19
FIGURA 8 – Lâmpada incandescente [16] ... 23
FIGURA 9 – Lâmpadas fluorescentes tubulares [32] ... 24
FIGURA 10 – Lâmpadas fluorescentes compactas [19] ... 25
FIGURA 11 – Lâmpadas de halogénio [20] ... 26
FIGURA 12 – Diodo emissor de luz (LED) [35] ... 26
FIGURA 13 – Esquema interno de uma lampada LED [34] ... 27
FIGURA 14 – Lâmpadas LED [20] ... 27
FIGURA 15 – Etiqueta energética para as lâmpadas [21] ... 28
FIGURA 16 – Eco-tubo [38] ... 30
FIGURA 17 – Elevador convencional [7] ... 37
FIGURA 18 – Iluminação da cabine - problema VS proposta [8] ... 38
FIGURA 19 – Quadro de comando - problema VS proposta [8] ... 38
FIGURA 20 – Cabo de aço convencional / cinta de poliuretano reforçada com cabo de aço [9] .... 39
FIGURA 21 – Máquina convencional [9]... 40
FIGURA 22 – Máquina mais eficiente [9] ... 40
FIGURA 23 – Comparação entre máquinas [9] ... 41
FIGURA 24 – Exemplos de funcionamento do elevador [8] ... 42
FIGURA 25 – Evolução da microprodução em KW (até 07/2011) [10] ... 46
FIGURA 26 – Esquema para ligação de microprodução [22] ... 47
FIGURA 27 – Localização geográfica do imóvel [23] ... 48
FIGURA 28 – Símbolo elétrico do inversor [11] ... 50
FIGURA 29 – Fotografia do inversor [24] ... 51
FIGURA 30 – Símbolo elétrico de um módulo [11] ... 52
FIGURA 31 – Fotografia do módulo [25] ... 53
FIGURA 32 – Introdução de dados no PVGIS [27] ... 56
FIGURA 33 – Estimativa de energia produzida [27] ... 56
FIGURA 34 – Solução D – Clientes BTN [10] ... 57
FIGURA 35 – Solução D – Esquema de pormenor [10] ... 57
FIGURA 36 – Esquema unifilar inserido na instalação do edifício ... 58
FIGURA 37 – Dimensão dos módulos [25] ... 59
FIGURA 38 – Coordenadas solares [29] ... 61
FIGURA 39 – Fatores a ter em conta na instalação dos módulos ... 62
FIGURA 40 – Dados para colocação dos módulos na vertical ... 63
FIGURA 41 – Dados para colocação dos módulos na vertical ... 63
FIGURA 42 – Medidas levantadas no local ... 63
8 FIGURA 44 – Distribuição dos módulos ... 64 FIGURA 45 – Cabo solar [30] ... 67 FIGURA 46 – Ligação dos módulos FV [26]... 68
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Índice de tabelas
Tabela 1 – Consumos verificados ... 15
Tabela 2 – Utilização do vídeo porteiro (Entrada A) ... 17
Tabela 3 – Potência instalada ... 20
Tabela 4 – Utilização da iluminação do prédio (Entrada A) ... 20
Tabela 5 – Consumo estimado na iluminação ... 21
Tabela 6 – Características das lâmpadas tubulares T8 e T5 [36] ... 24
Tabela 7 – Resumo do tipo de lâmpadas ... 29
Tabela 8 – Características da fluorescente selecionada ... 30
Tabela 9 – Consumo com a utilização de lâmpadas fluorescentes T5 ... 30
Tabela 10 – Características da lâmpadas selecionadas ... 31
Tabela 11 – Consumos com a utilização de LFCs ... 31
Tabela 12 – Consumos com a utilização de LEDs ... 31
Tabela 13 – Consumos com a utilização de LFCs e luminárias com sensor de movimento ... 32
Tabela 14 – Consumos com a utilização de LEDs e luminárias com sensor de movimento ... 32
Tabela 15 – Estudo de viabilidade económica das garagens ... 33
Tabela 16 – Estudo de viabilidade económica (Alternativa 1 - Entrada A) ... 34
Tabela 17 – Estudo de viabilidade económica (Alternativa 1 - Entrada B) ... 34
Tabela 18 – Estudo de viabilidade económica (Alternativa 2 - Entrada A) ... 35
Tabela 19 – Estudo de viabilidade económica (Alternativa 2 - Entrada B) ... 35
Tabela 20 – Consumo nos elevadores ... 36
Tabela 21 – Consumo nos elevadores com a remodelação da cabine ... 43
Tabela 22 – Consumo nos elevadores com a remodelação da cabine + KIT de variação da frequência ... 44
Tabela 23 – Estudo de viabilidade económica (Entrada A) ... 44
Tabela 24 – Estudo de viabilidade económica (Entrada B) ... 45
Tabela 25 – Distribuição geográfica das unidades de Microprodução Ligadas no Distrito de Bragança (até 07/2011) [10] ... 46
Tabela 26 – Comparação entre o regime anterior e o atual ... 47
Tabela 27 – Orçamento recebido ... 49
Tabela 28 – Tabela de características do inversor SB 3800 [24] ... 51
Tabela 29 – Tabela de características dos módulos Renesola JC240S-24/Bb [25] ... 53
Tabela 30 – Comprimento do cabo das fileiras ... 66
Tabela 31 – Estudo de viabilidade económica ... 71
Tabela 32 – Retorno do investimento ... 72
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1. Introdução
A eficiência energética está a ser cada vez mais importante dado que o consumo de energia tem vindo a aumentar bem como o seu preço, e não é favorável para o ambiente o consumo de energia produzida através de fontes não renováveis.
Esta dissertação tem como objetivo efetuar o estudo da eficiência energética associado à instalação elétrica da parte comum de um edifício coletivo, e apresentar propostas de alteração de forma a tornar-se mais eficiente, para diminuir o consumo de energia, refletindo-se em poupanças para os condóminos e preservação do meio ambiente.
O edifício em causa foi construído em 1996 e encontra-se habitado.
O estudo vai ser dividido em quatro partes, inicialmente o estudo associado aos portões elétricos e bomba de água das garagens, bem como dos vídeo porteiros de ambas as entradas, seguido do estudo referente à iluminação das partes comuns do edifício e posteriormente o estudo sobre a eficiência dos elevadores, e para finalizar a implementação de uma microprodução, sempre acompanhados do estudo de viabilidade económica de forma a avaliar se existem vantagens financeiras para avançar com o investimento.
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2. Enquadramento energético do setor elétrico
O consumo de energia em Portugal tem apresentado um crescimento acentuado nos últimos anos, conforme se pode verificar na figura abaixo, onde grande parte desse consumo é no setor dos serviços e habitação, aonde está também incluído o consumo proveniente da parte comum dos edifícios coletivos, daí também o interesse em torná-los mais eficientes.
FIGURA 1 – Evolução do consumo de energia eletrica em Portugal [13]
Passamos a maioria do nosso tempo em edifícios, e o consumo associado aos edifícios representa aproximadamente 62% do total de energia elétrica e a utilização pouco eficiente da energia traduz-se em ameaças preocupantes para o país, seja do ponto de vista económico, social ou ambiental [14].
Uma alternativa a esta situação é o aumento da eficiência no consumo de energia e o aproveitamento do potencial de energias renováveis, que em Portugal é assinalável, com destaque para a energia solar, eólica, hídrica e da biomassa [12].
12 O setor dos edifícios é responsável pelo consumo de aproximadamente 40% da energia final na Europa. No entanto, mais de 50% deste consumo pode ser reduzido através de medidas de eficiência energética, o que pode representar uma redução anual de 400 milhões de toneladas de CO2 , quase a totalidade do compromisso da UE no âmbito do Protocolo de Quioto [2].
Para fazer face a esta situação, os Estados-Membros têm vindo a promover um conjunto de medidas com vista a promover a melhoria do desempenho energético e das condições de conforto dos edifícios. É neste contexto que surge a Diretiva nº 2002/91/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho, de 16 de Dezembro, relativa ao desempenho energético dos edifícios [2]. Os objetivos da Diretiva nº 2002/91/CE passam pelo enquadramento geral para uma metodologia de cálculo do desempenho energético integrado dos edifícios, aplicação dos requisitos mínimos para o desempenho energético dos novos edifícios bem como dos grandes edifícios existentes que sejam sujeitos a importantes obras de renovação, certificação energética dos edifícios e a inspeção regular de caldeiras e instalações de ar condicionado nos edifícios e, complementarmente, a avaliação da instalação de aquecimento quando as caldeiras tenham mais de 15 anos. Destaque para a implementação de um sistema de certificação energética de forma a informar o cidadão sobre a qualidade térmica dos edifícios, aquando da construção, da venda ou do arrendamento dos mesmos, permitindo aos futuros utilizadores a obtenção de informações sobre os consumos de energia potenciais (para novos edifícios), reais ou aferidos para padrões de utilização típicos (para edifícios existentes) [2].
Em Portugal assistiu-se a uma alteração dos hábitos de consumo de energia nas habitações nos últimos 15 anos, de acordo com os resultados preliminares do Inquérito ao Consumo de Energia no Setor Doméstico realizado em 2010. A eletricidade assume-se como a principal fonte de energia (44%) [4].
O preço da energia também tem aumentado desde o ano 2000 até ao atual, conforme se pode verificar na figura seguinte.
13 Com a entrada em vigor do Decreto-Lei 104/2010 de 29 de Setembro, a partir do dia 1 de Janeiro de 2011 foram extintas as tarifas reguladas para os consumidores com potências contratadas em MAT, AT, MT e BTE.
Conforme previsto no memorando de entendimento assinado entre Portugal e a União Europeia, Banco Central Europeu e Fundo Monetário Internacional, o Governo, através da Resolução do Conselho de Ministros n.º 34/2011, de 1 de Agosto, veio concretizar um calendário de extinção das restantes tarifas reguladas de venda de eletricidade a clientes finais.
O calendário definido pelo Governo para extinção das restantes tarifas está dividido em dois momentos diferentes:
01/07/2012 - Para os clientes em baixa tensão com potência contratada entre 10,35 kVA e 41,4 kVA, inclusive. Este conjunto de clientes corresponde na maioria aos maiores agregados familiares e a pequenas empresas.
01/01/2013 - Extinguem-se por completo as tarifas reguladas de fornecimento a clientes finais.
Embora todos os consumidores de energia elétrica já possam escolher livremente o seu fornecedor desde Setembro de 2006 (tarifas reguladas), a partir de 01-01-2013 qualquer cliente final poderá comparar várias propostas obtidas (preços, condições de pagamento, prazos, promoções de oferta, etc…), e escolher o comercializador que melhor lhe convém. A ERSE disponibiliza na sua página da internet uma lista dos comercializadores que voluntariamente divulgaram aí os seus contactos comerciais.
Para efeitos de estudo de viabilidade económica, nas propostas de alteração ao edifício que vão ser aqui apresentadas, tendo como base o referido anteriormente e a evolução do custo das matérias-primas energéticas e da energia elétrica nos mercados internacionais, vai ser feita uma previsão do preço do kWh para os clientes finais em BTN para os próximos 15 anos.
Os valores previsionais, a seguir apresentados, resultam de uma simulação computacional para o presente trabalho académico:
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3. Identificação do imóvel alvo de análise
Trata-se de um edifício construído em 1996, localizado na Cidade de Bragança, mais concretamente na rua Conde de Ariães, Condomínio Abade Baçal e é constituído por 10 pisos, dois quais 7 estão dedicados a habitações da topologia T2 e T3 fazendo no total 28 apartamentos, estando divididos em duas entradas independentes tendo 14 apartamentos cada, um piso está dedicado a lojas comercias, estando este localizado ao nível da via pública, os restantes dois estão localizados abaixo do nível do solo e estão destinados a garagens individuais integradas em um bloco único.
A seguir é mostrada uma planta do prédio para melhor enquadramento.
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3.1.
Consumos de energia
Existem associados ao prédio 3 contadores de energia:
SC EA - Contador associado aos serviços comuns (Elevadores + Iluminação + Vídeo Porteiro) da entrada A
SC EB - Contador associado aos serviços comuns (Elevadores + Iluminação + Vídeo Porteiro) da entrada B
GARs - Contador associado às garagens (Portões elétricos + Iluminação + Bomba de água) Foram verificados os consumos dos contadores de energia no período de 11-08-2010 a 18-08-2011, obtendo-se os valores demonstrados na tabela seguinte:
Tabela 1 – Consumos verificados
Verifica-se um consumo inferior nos serviços comuns da entrada B devido ao facto de alguns apartamentos estarem desabitados.
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4. Módulo I – Portões elétricos, bomba de água e vídeo porteiros
Neste módulo vai ser abordado o consumo de energia associado aos portões elétricos das garagens, à bomba de água situada no piso -2, e ao vídeo porteiro de ambas as entradas.Isto deve-se ao facto de serem os equipamentos onde não existem grandes alternativas para melhorar a eficiência energética que contribuam significativamente para a redução do consumo de energia, razão pela qual não vai ser proposta nenhuma alteração.
4.1.
Portões elétricos
Existem dois portões em fole, um para cada garagem, em que a abertura e fecho é efetuada com automatismos constituídos por motores de corrente alternada com potência de 400 W que realizam a tração dos referidos portões.
A seguir vai ser estimado o consumo anual com base nos dados existentes.
Como temos no total 28 garagens (uma por apartamento) e assumindo que todos os dias o carro é retirado e colocado na garagem uma vez por dia, o que implica abrir e fechar 28 vezes por dia os portões elétricos, tendo eles associados um motor elétrico com a potencia de 400 W e que o tempo de abertura e fecho demora 15 segundos para cada ciclo, podemos estimar o tempo de funcionamento/consumo anual para estes equipamentos, sendo igual a:
Tempo de funcionamento Anual (H) = 365 x 28 x 2 x 0,0084 ≈ 172 Horas Consumo anual (kWh) = 172 x 400 /1000 ≈ 69 kWh
4.2.
Bomba de água
Como a garagem no piso -2 é comum para ambas as entradas, somente existe uma bomba de água para retirar a água que raramente se acumula no piso referido.
Não existe nenhuma nascente de água no local apesar de se encontrar abaixo do nível do solo, daí a bomba de água só atuar em caso de inundação de água proveniente do exterior, situação essa que acontece 2 a 3 vezes ao ano, motivo pelo qual o consumo deste equipamento vai ser desprezado para efeito de cálculos.
4.3.
Vídeo Porteiros
Cada vídeo porteiro tem um consumo de 2,5 W em stand by e para abertura da porta de entrada tem associado um trinco elétrico com a potência de 4 W.
17 Para estimar o consumo associado ao vídeo porteiro foi considerada a utilização média diária do prédio, e que o trinco elétrico fica ativo durante 5 segundos (0,0014 horas) cada vez que é acionado, obtendo-se a tabela seguinte:
Tabela 2 – Utilização do vídeo porteiro (Entrada A)
(*) Assume-se que nas outras vezes que utilizam os serviços comuns saem ou entram pela garagem
Como cada trinco elétrico tem uma potência de 4 W, podemos obter o consumo estimado através do cálculo seguinte:
Consumo estimado anual (kWh) para a entrada A = (2,5 x 24 x 365 + 4 x 0,16 x 365) /1000 ≈ 22
kWh, o que equivale a 0,3 % do consumo do contador dos serviços comuns dessa entrada.
Como o tipo de utilização do edifício na entrada B é semelhante ao da entrada A, assume-se que no vídeo porteiro tenha sido também utilizado 0,3 % do consumo total de energia do contador associado aos serviços comuns.
Pelo facto de o consumo ser bastante reduzido em relação ao global, também não vai ser considerado nos cálculos seguintes.
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5. Módulo II – Iluminação
A iluminação tem um peso muito significativo na totalidade do consumo de energia elétrica do sector doméstico e no sector dos serviços, 12% e 20%, respetivamente. Este peso da iluminação na sociedade não deixa de constituir um desafio para a aplicação de medidas de eficiência energética, face ao potencial de economia que representa e que urge aproveitar [1].
Existem hoje em dia, na área da iluminação e para o mesmo tipo de utilização, alternativas no mercado com diferentes níveis de eficiência energética. A aplicação de uma taxa sobre as lâmpadas de baixa eficiência, é uma medida que promove a utilização mais racional da energia e visa motivar o cidadão para uma opção mais eficiente e globalmente mais económica e, ainda, compensar os custos decorrentes do consumo ineficiente de energia que essas lâmpadas imputam ao ambiente. Este foi objetivo da publicação do Decreto-Lei Nº 108/2007, de 12 de Abril [1].
Neste módulo vai ser analisada a parte associada a iluminação na parte comum do edifício, descrevendo a situação atual e referindo propostas de alteração associadas a um estudo de viabilidade económica para se comprovar se eventualmente se justifica a alteração a curto/médio prazo.
5.1.
Situação atual
Este edifício não possui iluminação natural na parte comum das escadas, sendo a iluminação destas efetuada através de luminárias com lâmpadas incandescentes de 60 W comandadas por um automático de escada, em que independentemente do piso em que as pessoas se encontrem ligam as 9 lâmpadas existentes em cada entrada, perfazendo um total de 540 W por entrada. Na figura seguinte está o exemplo de uma luminária de teto existente.
FIGURA 6 – Luminária de teto existente
Na parte comum das garagens são utilizadas 5 lâmpadas fluorescentes de 36 w por piso, sendo estas do tipo T8 e de cor fria (Tc > 5000ok), com balastro eletromagnético, também comandadas por automático de escada independente por piso. Devido ao tipo de balastro utilizado (bastantes perdas) a potencia absorvida pelo conjunto lâmpada + balastro irá totalizar 47 W por armadura, perfazendo um total 470 W (235 W por piso).
19 A seguir é mostrado um esquema unifilar dos circuitos de iluminação do prédio e tipo de lâmpadas para melhor enquadramento.
20 A tabela seguinte mostra um resumo da potência instalada na iluminação do edifício.
Tabela 3 – Potência instalada
Com base nos dados calculados anteriormente vai ser estimado o número de horas que cada lâmpada esta ligada anualmente.
Podemos concluir (estimativa) que na iluminação das garagens foram gastos durante um ano 606 kWh (675-69).
Com o consumo estimado e a potência instalada obtemos o número de horas de utilização, de acordo com os cálculos seguintes:
Horas de utilização anuais = 606000 / 470 ≈ 1289, o que equivale a 3,5 horas de utilização diária, correspondendo aproximadamente 1,76 horas a cada piso.
Para o cálculo associado à iluminação dos serviços comuns foi construída a tabela seguinte, considerando a utilização média diária do prédio e pelo facto de o automático de escada estar ligado durante 90 segundos (0,025 horas) cada vez que é acionado:
Tabela 4 – Utilização da iluminação do prédio (Entrada A)
Como tem uma potência instalada de 540 W, podemos obter o consumo estimado através do cálculo seguinte:
Consumo estimado anual (kWh) para a entrada A = 540 x 5,1 x 365 /1000 ≈ 1005 kWh, o que equivale a 14 % do consumo dos serviços comuns dessa entrada.
21 Como a entrada B tem um consumo inferior, e o tipo de utilização do edifício desta entrada é semelhante ao da entrada A, assume-se que em iluminação tenha sido também utilizado 14 % do consumo total de energia do contador associado aos serviços comuns.
Com base no referido e também com a percentagem associada a cada tarifa (vazio e fora do vazio) referida na tabela 1, obtiveram-se os valores seguintes relativos à utilização/consumo anual:
Tabela 5 – Consumo estimado na iluminação
No caso dos serviços comuns, estão a ser utilizadas lâmpadas com uma eficiência muito baixa em que grande parte da energia consumida é convertida em calor, e também está a haver muito desperdício de energia pelo facto se serem ligadas as 9 lâmpadas em simultâneo quando na realidade as pessoas só se encontram em um piso.
Em relação às garagens já estão a ser utilizadas lâmpadas mais eficientes, mas ainda existem melhorias que se possam implementar, como por exemplo recorrendo a novas lâmpadas economizadoras MASTER TL-D Eco/TL5 Eco ou equivalentes, que melhoram a eficiência energética e a qualidade da iluminação numa aplicação de interior de fluorescência. Também a utilização de balastros eletrónicos supõe uma poupança aproximada de 25% de energia comparativamente com equipamento eletromagnético equivalente. Esta poupança é conseguida graças ao facto dos equipamentos eletrónicos funcionarem a alta frequência e com menores perdas térmicas.
Pelo exposto e de forma a aumentar a eficiência energética foi efetuado um estudo das lâmpadas existentes no mercado e respetiva eficiência para avaliar o modelo mais adequado para a remodelação do edifício.
5.2.
Estudo do tipo de lâmpadas existentes
O consumo médio anual em iluminação por unidade de alojamento é de cerca de 370 kWh, equivalente a 12% do consumo de eletricidade no sector residencial. No entanto, este é um uso com enorme potencial de economias de energia, não apenas pelo uso de equipamentos mais eficientes, como também pela utilização da iluminação natural.
A UE estabeleceu novos requisitos de eficiência energética que têm de ser cumpridos para todas as lâmpadas produzidas para o mercado da UE a partir de 1 de Setembro de 2009.
As tradicionais lâmpadas incandescentes e de halogéneo serão gradualmente retiradas do mercado até finais de 2012.
Contudo, foi tomado o devido cuidado para assegurar que os consumidores encontrem lâmpadas alternativas com a mesma qualidade de luz ou com maiores poupanças de energia.
22 Existem muitas alternativas que oferecem a mesma qualidade de luz e poupanças energéticas superiores, incluindo:
Lâmpadas fluorescentes tubulares Lâmpadas fluorescentes compactas Díodos emissores de luz (LEDs).
A seguir vai ser descrito o tipo de lâmpadas existente no setor residencial, mas para as podermos avaliar convém saber alguns conceitos fundamentais de luminotecnia que facilitem a sua comparação, sendo eles os seguintes:
Fluxo luminoso - O fluxo luminoso é a quantidade de luz emitida por uma fonte, medida em lúmens, na tensão nominal de funcionamento, a unidade é o lúmen (lm);
Intensidade luminosa - é o fluxo Luminoso irradiado na direção de um determinado ponto, a unidade é a candela (cd);
Iluminância - indica o fluxo luminoso de uma fonte de luz que incide sobre uma superfície situada à uma certa distância desta fonte, na prática, é a quantidade de luz dentro de um ambiente, e pode ser medida com o auxílio de um luxímetro, a unidade é o lux (lx); Luminância - é a intensidade luminosa produzida ou refletida por uma superfície
existente, a unidade é a candela por metro quadrado (cd/m2);
Rendimento luminoso - indica o quociente entre o fluxo luminoso emitido pela lâmpada e a potência elétrica absorvida, a unidade é o lúmen/Watt (lm/w);
Temperatura de Cor - indica a cor aparente da luz emitida, ao aumentar a temperatura de cor, a cor da luz emitida passa de uma tonalidade quente a uma tonalidade mais fria, quanto mais alta a temperatura de cor, mais clara é a tonalidade de cor da luz, quando falamos em luz quente ou fria, não nos estamos a referir ao calor físico da lâmpada, e sim a tonalidade de cor que ela apresenta ao ambiente, luz com tonalidade de cor mais suave torna-se mais aconchegante e relaxante, luz mais clara mais estimulante, a sua unidade de medida é o Kelvin (K);
Índice restituição de cores (IRC) - indica a capacidade de uma fonte luminosa restituir fielmente as cores de um objeto ou de uma superfície iluminada, é expressa por um número compreendido entre 0 e 100, sendo no caso ideal igual a 100;
Duração média – indicada pelo fabricante, e refere-se ao número de horas após as quais 50% de um lote significativo de lâmpadas ligadas deixa de emitir fluxo luminoso, a sua unidade de medida é em horas (h).
5.2.1. Lâmpadas incandescentes
Numa lâmpada incandescente, um filamento (normalmente de tungsténio) é atravessado por uma corrente elétrica atingindo uma temperatura elevada, o que provoca a emissão de luz visível. As lâmpadas incandescentes são as mais baratas mas apresentam uma eficiência muito reduzida. Com efeito, apenas cerca de 5% da eletricidade consumida é convertida em luz, sendo a restante convertida em calor.
Este tipo de lâmpada está ainda muito presente nas habitações, mas é no entanto o tipo de iluminação com menos eficiência luminosa (8 a 15 lm/W) e com o menor tempo de vida média (cerca de 1 000 horas).
23 A sua elevada ineficiência conduziu a que a União Europeia aprovasse uma diretiva com o objetivo de retirar estas lâmpadas do mercado. Este processo teve início em 2009 com o seguinte calendário de proibição de venda [3]:
Lâmpadas acima de 80W proibidas a partir de 1 de Setembro 2009;
Lâmpadas acima de 65W proibidas a partir de 1 de Setembro 2010;
Lâmpadas acima de 45W proibidas a partir de 1 de Setembro 2011;
Lâmpadas acima de 7W proibidas a partir de 1 de Setembro 2012.
FIGURA 8 – Lâmpada incandescente [16]
5.2.2. Lâmpadas fluorescentes tubulares
Estas lâmpadas são muito utilizadas pois proporcionam uma boa iluminação com pouca potência e baixo consumo energético, sendo as mais adequadas para locais com necessidades de iluminação por longos períodos de tempo.
Estas lâmpadas têm uma elevada eficiência luminosa (58 a 93 Lm/w), e um período de vida muito elevado (12000 a 18000 horas), permitindo economizar energia até 85%, dependendo do modelo e da potência [3].
Neste âmbito também a tecnologia tem vindo a evoluir, desde as primeiras lâmpadas fluorescentes do Tipo T12, até às atuais T8 e T5, sendo as T5 a última tecnologia e as mais eficientes.
A seguir vai ser efetuada uma breve descrição deste tipo de lâmpadas:
Tipo T12 – Tinham um tubo de descarga de 38 mm de diâmetro e utilizavam um pó fluorescente comum, o seu balastro era eletromagnético com grandes perdas de energia; Tipo T8 – O tubo de descarga tem 26 mm de diâmetro, são tri-fosfóricas e tem apenas 3
mg de mercúrio, tanto podem utilizar balastros eletromagnéticos como eletrónicos, apesar de os balastros eletromagnéticos também já terem evoluído e serem mais eficientes, não conseguem ter a eficiência dos balastros eletrónicos;
Tipo T5 - Têm um tubo de descarga com 16 mm de diâmetro, e utilizam um novo pó tri-fosforo que garante um melhor rendimento e uma melhor restituição de cores. Funcionam somente com balastro eletrónico e permitem economizar cerca de 25 % de energia em relação às tradicionais T8 com balastro eletromagnético.
24 FIGURA 9 – Lâmpadas fluorescentes tubulares [32]
Os balastros eletromagnéticos são constituídos por um núcleo laminado de aço silício (com baixas perdas) e bobinas de fio de cobre esmaltado.
Os balastros eletrónicos são constituídos por condensadores e bobinas para alta frequência, resistências, circuitos integrados e outros componentes eletrónicos. Trabalham em alta frequência (de 20 KHz a 50 KHz), e proporcionam maior fluxo luminoso com menor potência de consumo, transformando assim os balastros eletrónicos em produtos economizadores de energia e com maior eficiência que os balastros eletromagnéticos.
Vantagens dos balastros eletrónicos:
Dispensa a utilização do arrancador, permitindo que a lâmpada emita o fluxo luminoso quase de imediato;
São mais leves;
Convertendo a frequência standard de 50 Hz em alta frequência, geralmente de 25 kHz a 50 kHz, melhoram o rendimento das lâmpadas produzindo a mesma quantidade de luz, com um consumo de 12 a 25 % mais baixo;
Eliminação do flicker (numa lâmpada funcionando a 50 Hz a luz extingue- se duas vezes por ciclo na passagem da corrente por zero, isto produz o flicker, o qual provoca cansaço visual, produz também o efeito estroboscópico, com efeitos potencialmente perigosos no caso de existirem máquinas rotativas. Com o funcionamento da lâmpada a alta frequência a emissão de luz é contínua, eliminando-se portanto o flicker);
Permitem a regulação do fluxo luminoso.
25
5.2.3. Lâmpadas fluorescentes compactas (LFC)
As LFCs são tubos de lâmpadas fluorescentes que usam entre 65% e 80% menos energia que as lâmpadas incandescentes, a sua eficiência luminosa é bastante boa (55 a 65 Lm/w). São conhecidas por serem “economizadoras” e têm um número elevado de horas de utilização (6000 a 15000 horas), e já estão preparadas para um número elevado de ciclos de ligar e desligar. Existem modelos de várias formas e também estão disponíveis com um revestimento externo que esconde os tubos e as torna mais parecidas com as lâmpadas incandescentes [18].
FIGURA 10 – Lâmpadas fluorescentes compactas [19]
5.2.4. Lâmpadas de halogéneo
As lâmpadas de halogéneo têm estado a ter uma melhoria na sua eficiência luminosa 15 a 25 Lm/w). Atualmente já existem lâmpadas 20 a 60% mais eficientes que as tradicionais, e com um tempo de vida útil também superior que pode atingir as 5000 horas de utilização [3].
Como as lâmpadas de incandescentes, estas também possuem um filamento que emite luz com a passagem da corrente elétrica. Parte do filamento, que é constituído por átomos de tungsténio, evapora-se durante o processo. Nas lâmpadas de incandescência convencionais, os átomos de tungsténio depositam-se na superfície interna da ampola, o que significa que a ampola deverá ser suficientemente grande para evitar o seu rápido escurecimento. Já as lâmpadas de halogéneo, são preenchidas com gases inertes e halogéneo (iodo, cloro, bromo) que capturam os átomos de tungsténio e os transportam de volta para o filamento. Com isto, o tamanho da lâmpada pode ser reduzido significativamente, emitindo uma luz mais brilhante e tendo uma maior durabilidade [33].
Em termos de economia, as lâmpadas de halogéneo oferecem mais luz com potência menor ou igual à das incandescentes comuns.
26 FIGURA 11 – Lâmpadas de halogénio [20]
5.2.5. Díodos emissores de luz (LEDs)
Os LEDs são uma tecnologia emergente de rápida evolução e a sua eficácia está a par com a das LFCs, e a redução do consumo de energia elétrica na iluminação passa indiscutivelmente pela utilização de LEDs.
No futuro próximo, é provável que se tornem numa alternativa para toda a gama de lâmpadas. Os LEDs podem ser de baixa (0,1W), média (0,2W a 0,5W) e de alta potência (acima de 0,5W). Em geral, os de baixa e média potência são utilizados para sinalização e efeitos decorativos. Os de alta potência já podem ser aplicados em iluminação [33].
Se forem comparados com uma lâmpada incandescente comum, o LED não tem filamento e o seu funcionamento é muito diferente. A luz gerada pelo LED é originada pelo movimento dos eletrões dentro do material semicondutor, devido à pequena corrente elétrica que o percorre, ao ser-lhe aplicada uma tensão [33].
FIGURA 12 – Diodo emissor de luz (LED) [35]
Um LED emite luz quando está polarizado diretamente ou seja, o ânodo (+) está positivo em relação ao cátodo (-), quando polarizado inversamente não acende.
O LED trabalha com tensões muito baixas e a sua alimentação precisa de ser em corrente contínua e não em corrente alternada como é o caso da corrente que circula na instalação de nossas casas. Por isso é sempre necessário o uso de um interface que converta as características de alimentação que temos nas nossas casas para um padrão adequado ao funcionamento do LED.
27 Uma lâmpada LED na realidade é um conjunto de vários LEDs, em geral ligados em serie com um sistema acoplado que converta a corrente alternada em corrente continua e que limite o valor da corrente para o valor nominal dos LEDs. Na figura seguinte é mostrado um esquema de uma lâmpada LED:
FIGURA 13 – Esquema interno de uma lampada LED [34]
A luz emitida por um LED é praticamente monocromática, sendo possível fabricá-los com luz de diferentes cores, alterando a composição química do material semicondutor. Os LEDs mais comuns são feitos em ligas de:
Gálio (Ga); Arsénio (As); Alumínio (Al); Índio (In); Nitride (N); Fósforo (P).
A emissão da luz de cor branca pode ser feita mediante a mistura de vermelho, verde e azul (RGB) podendo-se conseguir qualquer cor, incluindo o branco. O RGB (Red Green Blue) é a tecnologia capaz de emitir luz numa variedade quase infinita de cores a partir da combinação das três cores fundamentais [33].
Atualmente já existem LEDs com potências equivalentes às lâmpadas incandescentes. Estas lâmpadas têm um preço mais elevado que as lâmpadas fluorescentes compactas, mas têm um período de vida muito superior (20000 a 50000 horas).
28
5.2.6. Etiquetagem energética
A etiquetagem energética de equipamentos domésticos foi criada pela Comissão Europeia para informar os consumidores sobre os desempenhos energéticos dos eletrodomésticos, em termos de consumo de eletricidade e nalguns casos também de água, de modo a tornar possível efetuar a comparação entre os diversos modelos existentes no mercado. As informações fornecidas pela etiqueta energética ajudam os consumidores a realizar uma escolha racional com repercussões na diminuição da fatura elétrica, contribuindo ao mesmo tempo para a preservação do meio ambiente [21].
A etiqueta energética garante também uma vantagem comercial aos fabricantes que produzem aparelhos eficientes e penaliza aqueles que não promovem a eficiência energética dos seus produtos. É assim um instrumento de política energética, que permite alargar as áreas de decisão dos consumidores no processo de aquisição dos equipamentos, contribuindo para o aumento da penetração dos equipamentos mais eficientes, melhorando a qualidade do parque instalado, com repercussão na redução dos consumos energéticos [21].
A etiquetagem energética está consagrada na Diretiva Quadro Europeia (92/75/CEE) e nas subsequentes diretivas para cada família de equipamentos. É baseada em categorias pré-definidas de A (melhor índice de eficiência energética) a G (pior índice), sendo de afixação obrigatória em todos os equipamentos abrangidos, desde que estejam expostos ao público. Estes índices de eficiência são obtidos através de ensaios laboratoriais realizados de acordo com normas técnicas específicas para cada tipo de equipamento. Para além dos dados energéticos encontram-se também indicados outros parâmetros que revelam um conjunto de características técnicas das diferentes famílias de equipamentos. Os dados existentes na etiqueta são da responsabilidade dos fabricantes sendo a sua colocação da responsabilidade da entidade que os comercializa [21].
29 O Decreto-Lei n.º 18/2000 de 29 de Fevereiro transcreveu para o direito interno os requisitos da etiquetagem energética das lâmpadas elétricas para uso doméstico, proporcionando aos consumidores uma escolha mais racional deste tipo de equipamento. Esta etiqueta fornece a seguinte informação [21]:
• Classe de eficiência energética; • Fluxo luminoso em lúmenes (lm);
• Potência absorvida pela lâmpada em Watt (W);
• Duração de vida da lâmpada, i.e. o período depois do qual 50% das lâmpadas já não funcionam.
5.2.7. Resumo do tipo de lâmpadas
Conforme se pode verificar na tabela seguinte as lâmpadas mais eficientes são fluorescentes tubulares, e as menos eficientes as incandescentes, já as LEDs são as que têm maior durabilidade.
Tabela 7 – Resumo do tipo de lâmpadas
5.3.
Situação proposta
Face ao exposto no ponto anterior verificamos que a utilização de lâmpadas incandescentes é mesmo desaconselhada, e nas garagens apesar do tipo iluminação utilizado já ser eficiente, já existem novas tecnologias semelhantes que permitem economizar muito mais energia, pelo exposto, irão ser propostas alternativas que vão desde a simples substituição das lâmpadas até à substituição das luminárias que incluam sensor de movimento.
5.3.1. Garagens
Para este local propõe-se a substituição das lâmpadas atuais, por fluorescentes do tipo T5, com fluxo luminoso equivalente às atuais. De acordo com a tabela 6 seriam lâmpadas de 28 W, em que o conjunto (lâmpada + balastro) corresponderia a 32 W de potência.
Como este tipo de lâmpadas tem um comprimento menor, implicaria a substituição da armadura, o que tornaria a remodelação mais cara.
30 Mas após pesquisa no mercado constatou-se a existência de eco-tubos que permitem de uma forma fácil e comoda a substituição das atuais lâmpadas fluorescentes, por umas com a tecnologia T5, para o efeito basta na maioria das situações retirar o arrancador.
Tabela 8 – Características da fluorescente selecionada
Este tipo de equipamento consiste num adaptador com o balastro eletrónico incorporado, com a dimensão das lâmpadas da tecnologia T5.
FIGURA 16 – Eco-tubo [38]
Utilizando este tipo de lâmpadas mais eficientes reduzia-se o consumo significativamente, de acordo com a tabela seguinte:
31
5.3.2. Serviços comuns
Nos serviços comuns é o local aonde se esta a desperdiçar mais energia, desde a utilização de lâmpadas pouco eficientes, até à gestão dos locais a iluminar. Face ao exposto vão ser propostas duas alternativas, uma mais simples que consiste na substituição das lâmpadas atuais por umas mais eficientes, e outra mais dispendiosa que além das lâmpadas também inclui a substituição das luminárias por umas com sensor de movimento.
5.3.2.1. Alternativa 1
Esta alternativa consiste somente na substituição do tipo de lâmpada mantendo as luminárias existentes cujo tipo de suporte é o E27, sendo que neste âmbito poderá adotar-se por utilizar LFCs ou LEDs, pelo que foram selecionadas as lâmpadas com as características seguintes:
Tabela 10 – Características da lâmpadas selecionadas
Utilizando este tipo de lâmpadas mais eficientes reduzia-se o consumo significativamente, de acordo com as tabelas seguintes:
Tabela 11 – Consumos com a utilização de LFCs
Tabela 12 – Consumos com a utilização de LEDs
5.3.2.2. Alternativa 2
Com esta alternativa pretende-se efetuar um estudo que alem da substituição das lâmpadas atuais por umas mais económicas, também inclua a substituição das luminárias por outras com sensor de movimento incorporado, com ângulo de deteção de 360:, de forma a ligarem somente as luminárias onde se encontrem pessoas a circular permitindo assim uma redução de consumo significativo.
32 Após pesquisa no mercado foi selecionada uma luminária, com as seguintes especificações:
Alimentação: 220-240 V/AC, 50/60 Hz Gama de deteção: 120o x 360o
Distância de deteção: 6m (MAX < 24o C)
Potência Nominal: 50 W (MAX)
Temperatura de funcionamento: - 10o C a + 40o C
Tempo duração ligado: 5-480s (ajustável)
Luminosidade ambiente: <5Lux – Luz do dia (ajustável) Classe de Proteção: IP20
Preço: 30 €
Ao utilizar-se este tipo de luminárias a potência consumida vai ser reduzida para 11 W no caso das LFCs e para 9 W no caso dos LEDs, dado que a iluminação só é activada onde se encontrem pessoas, obtendo-se os consumos das tabelas seguintes:
Tabela 13 – Consumos com a utilização de LFCs e luminárias com sensor de movimento
Tabela 14 – Consumos com a utilização de LEDs e luminárias com sensor de movimento
Com esta alternativa além de reduzirmos o consumo, também aumentamos a durabilidade das lâmpadas, pois o número de horas de utilização vai ser repartido aleatoriamente pelas 9 lâmpadas de cada entrada, diminuindo também o número de ciclos de ligar/desligar, fatores que contribuem para uma maior longevidade das lâmpadas.
33
5.4.
Estudo de Viabilidade económica
Já se verificou que conseguimos reduzir o consumo alterando o tipo de lâmpadas, e reduzir ainda mais alterando também as luminárias, mas ainda não se verificou se o investimento é viável. Para efeitos de estudo de viabilidade económica vai ser utilizado o preço do kWh previsto no ponto 2 (Enquadramento energético do setor elétrico).
Com base nos dados calculados anteriormente vai-se confirmar até que ponto se justifica o investimento financeiramente, pelo que, nas tabelas seguintes já poderemos tirar algumas conclusões.
No caso das garagens, com o tipo de lâmpadas propostas, o investimento é recuperado ao fim de 8 anos, conforme se pode verificar na tabela seguinte:
34 Conforme se pode verificar na tabela seguinte, é óbvio que a substituição das lâmpadas existentes por LFCs só trás vantagens e o investimento é recuperado ao final de 1 ano. Apesar da substituição por LEDs também ser vantajosa e ser recuperado o investimento ao final de 4 anos, em contrapartida ao final de 15 anos ainda é mais vantajoso a utilização de LFCs.
Tabela 16 – Estudo de viabilidade económica (Alternativa 1 - Entrada A)
35 Em relação à substituição das luminárias, também se torna uma boa aposta, trazendo vantagens a médio/longo prazo, mas com valores pouco significativos, razão que não incentiva ao investimento, pois só começa a ser vantajoso em relação à simples substituição das lâmpadas a partir dos 12 anos e na situação mais favorável (Entrada A com a utilização de LFCs).
Tabela 18 – Estudo de viabilidade económica (Alternativa 2 - Entrada A)
36
6. Módulo III – Elevadores
Em 1853, o empresário americano Elis Graves Otis inventou o primeiro elevador de passageiros. Os primeiros elevadores eram muito lentos, para um passageiro alcançar o oitavo andar de um prédio, levava, em média, 2 minutos. Atualmente, alguns elevadores são capazes de atingir a velocidade de 550 m/min, o que significa dizer que são mais de 45 vezes mais rápidos do que os seus antecessores.
O primeiro elevador de passageiros foi inaugurado por Elis Graves Otis em 23 de Março de 1857 numa loja de cinco andares em Nova York [6].
6.1.
Situação atual
Os elevadores são da marca Pinto & Cruz e pelo ano de instalação (1996) trata-se de um elevador convencional, logo à partida podemos concluir que não são dos mais eficientes.
Conforme se pode ver na figura 5 o prédio em estudo é constituído por quatro elevadores, 2 em cada entrada, e cada um serve 10 pisos.
Cada elevador usa 2 lâmpadas fluorescentes de 18 W do tipo T8 com balastros eletromagnéticos e de cor fria (Tc > 5000ok), ligadas 24 horas por dia. Pelo estudo efetuado e consultando a tabela 6 este tipo de lâmpada com a perda associada do balastro terá um consumo de 27 W. Com esta informação podemos calcular o consumo anual de cada elevador em iluminação, que é obtido com o cálculo seguinte:
Consumo anual de cada elevador (kWh) = 2 x 27 x 24 x 365 ≈ 473 kWh
Com base nos consumos reais e os estimados para a iluminação podemos concluir que os elevadores são responsáveis por aproximadamente 82 % do consumo de energia nas partes comuns do prédio, percentagem distribuída de acordo com a tabela seguinte, considerando as 10 horas que existem no período de vazio:
37
6.2.
Estudo sobre elevadores
O consumo anual em standby (ascensor parado) pode representar até 65% do consumo anual total de energia elétrica de um elevador.
O regime de manutenção e inspeção dos elevadores tem como base o estabelecido no Decreto-lei Nº 320/2002.
A seguir vai ser abordada a tecnologia utilizada pelos elevadores convencionais, bem como as tecnologias utilizadas recentemente para a construção de novos, as quais permitem termos elevadores muito mais eficientes.
6.2.1. Funcionamento do elevador convencional
Os elevadores convencionais são constituídos por um sistema de tração num acoplamento de motor elétrico mais redutor mecânico, a cabina do elevador é sustentada no corredor vertical do elevador por vários cabos de aço, normalmente duas polias e um contrapeso. O peso da cabina e do contrapeso fornecem tração suficiente entre as polias e os cabos. Assim, as polias podem prender os cabos para mover e segurar a cabina sem deslizamento excessivo. A cabina e o contrapeso correm em guias verticais, a fim de evitar oscilação. A central de comando do elevador fica localizada no quadro de comando que fica na casa de máquinas. O motor para acionar o elevador fica localizado na casa de máquinas, normalmente acima do corredor vertical do elevador. Para fornecer energia à cabina e para receber os sinais elétricos dela, um cabo elétrico multifuncional conecta a casa de máquinas à cabina. A ponta presa na cabina move-se com ela, portanto o cabo é chamado de “cabo de manobra”. A máquina com engrenagem tem um motor com RPM maior, mas de velocidade final (velocidade do elevador) menor, devido a existência da redução da máquina. [7]
38
6.2.2. Problemas dos elevadores convencionais VS proposta
A seguir é mostrado alguns aspetos negativos relacionados com os componentes dos elevadores convencionais aonde se podem efetuar melhorias para se tornarem mais eficientes:6.2.2.1. Iluminação da cabine
Em muitos elevadores a luz está permanentemente acesa e o tipo de lâmpadas utilizadas são incandescentes ou de halogéneo. Esta situação pode ser facilmente ultrapassada com a aplicação de sensores de movimento/temporização para o interior da cabine e com a utilização de lâmpadas mais eficientes, como por exemplo LEDs [8].
FIGURA 18 – Iluminação da cabine - problema VS proposta [8]
6.2.2.2. Quadro de comando
Em geral nos elevadores convencionais o quadro de comando está sempre ativo para poder reagir imediatamente e os transformadores utilizados não são os mais eficientes, pois têm muitas perdas. Esta situação pode ser corrigida utilizando transformadores mais eficientes recorrendo à eletrónica de potência e construir comandos que façam a análise do trafego padrão por forma a se poderem descativar algumas funções nesses períodos [8].
39
6.2.2.3. Tração da cabine
A tração da cabine normalmente é efetuada com cabos de aço, que implica mais desgaste, lubrificação dos cabos implicando a necessidade de utilização de lubrificantes e manutenções mais regulares.
Neste âmbito existem alternativas mais eficientes que consistem em substituir os cabos existentes por cintas de poliuretano reforçadas com cabos de aço de alta resistência, em que no interior das cintas existem cabos de aço por forma que a quantidade de aço seja maior que nos cabos de aço convencionais utilizados na mesma aplicação [9].
FIGURA 20 – Cabo de aço convencional / cinta de poliuretano reforçada com cabo de aço [9]
A espessura destas cintas de aço é muito menor que o diâmetro de um cabo de aço, o que lhe atribui uma maior flexibilidade que a dos cabos tradicionais. Isto é o que permite a utilização de poleias de diâmetro muito menor do que as que se vinham a utilizar até este momento.
O diâmetro mínimo da poleia que permite o uso de um cabo tradicional de 10mm é de 400mm, face aos 66mm das poleias que se poderiam utilizar com as cintas de aço reforçadas.
A vantagem fundamental da utilização da tecnologia destas cintas é que permite reduzir o tamanho das poleias comparativamente aos cabos de aço e, por isso, reduz-se a força de motor e travão necessária para fazer mover ou parar o elevador.
Esta menor necessidade de força motriz e travagem é o que possibilita reduzir drasticamente o tamanho das máquinas e eliminar a necessidade de ter uma engrenagem redutora nas mesmas [9].
6.2.2.4. Máquinas utilizadas
Uma máquina de elevador convencional pode subdividir-se em quatro subconjuntos principais, um motor elétrico, uma engrenagem redutora, um freio de tambor e alavancas, e uma poleia de tração.
40 FIGURA 21 – Máquina convencional [9]
No caso das máquinas mais eficientes só há um motor, um freio de disco e um eixo da máquina, a que estão unidos estes elementos, e que suporta a cabina e o contrapeso do ascensor. O eixo da máquina está apoiado em rolamentos de esferas selados e com lubrificação que não necessita de manutenção, que por sua vez estão montados numa carcaça de fundição. As cintas apoiam diretamente sobre o eixo numas ranhuras mecanizadas, sem ser necessário acrescentar uma poleia de tração adicional.
41 A seguir é mostrada uma figura aonde se pode comparar em termos de espaço a diferença entre os dois tipos de máquinas.
FIGURA 23 – Comparação entre máquinas [9]
Como consequência de tudo o que foi mencionado, as novas máquinas têm em média um peso inferior a 60% das máquinas convencionais o que permite instalar elevadores sem haver necessidade da construção da casa das máquinas.
6.2.2.5. Motores utilizados
Nas máquinas convencionais o motor elétrico mais utilizado é o motor assíncrono de gaiola de esquilo, mas foi nos motores que também existiu um grande avanço tecnológico, pois passou-se a utilizar motores síncronos de ímanes permanentes. Este tipo de motor caracteriza-se por um alto rendimento e fator de potência, o que se traduz em baixos consumos e baixo aquecimento em comparação com os motores tradicionalmente utilizados na indústria dos elevadores. O menor consumo elétrico do motor não só implica economia de energia, como também a dimensão dos controladores que os operam são menores (menores condensadores, transístores, etc.). Por outro lado, o menor aquecimento pela maior eficiência do motor implica que se possam construir motores fechados sem entradas ou saídas de ventilação e por certo sem nenhum tipo de ventilador auxiliar.
O controlo destes motores através da variação de frequência trás bastantes vantagens, nomeadamente a redução no consumo de energia, controlo da velocidade mais eficiente o que permite uma paragem/arranque mais suave e paragem nivelada em relação ao piso, isto porque esta metodologia permite ter um binário praticamente constante, mesmo a baixas rotações. Uma grande vantagem dos motores síncronos é que podem trabalhar como motores mas também como geradores, daí em alguns elevadores ser implementada a tecnologia de regeneração de energia que basicamente consiste na geração de energia aquando da travagem do elevador, energia essa que na maioria dos elevadores é libertada sob a forma de calor.
42 No entanto, para ser vantajosa a implementação desta tecnologia deve existir tráfego constante diário e também consumo constante na propriedade do condomínio que absorvam de imediato a energia regenerada, como por exemplo hospitais ou edifícios de escritórios.
Na figura seguinte podemos verificar as situações em que há regeneração de energia, as quais estão classificadas em título como travagem, situações essas que surgem na descida quando o peso da cabine do elevador é superior ao peso do contra peso, e que também ocorrem na subida quando o peso do contra peso é superior ao peso da cabine.
FIGURA 24 – Exemplos de funcionamento do elevador [8]
6.3.
Situação proposta
Comparando a tecnologia dos elevadores instalados com a tecnologia atual verificamos que há muitos aspetos de melhoria, uns mais simples e outros que requerem uma remodelação mais profunda.
Pelo exposto, a proposta vai ser dividida em duas alternativas, a primeira que é extremamente simples e económica de executar e que consiste na alteração do controlo da iluminação da cabine, e depois uma segunda alternativa mais profunda que consiste na remodelação da parte elétrica e alguns componentes mecânicos do elevador.
6.3.1. Alternativa 1
Esta alternativa consiste na implementação se um sensor de movimento acoplado a um temporizador em cada elevador, bem como substituição das lâmpadas por LEDs, porque apesar
43 de as existentes serem bastante eficientes não são as mais indicadas para estabelecer uma ligação imediata quando necessárias.
Estima-se que a remodelação tenha um custo de 100 € por elevador, totalizando 400 €. Cada elevador levaria 4 lâmpadas LEDs de 3 W, totalizando 12 W por elevador.
Para efeitos de cálculos vai ser atribuído um consumo anual em termos de horas de utilização igual à iluminação, dado que na maioria das situações são utilizados os dois serviços.
Tabela 21 – Consumo nos elevadores com a remodelação da cabine
Verifica-se que há uma redução significativa no consumo de energia, com esta solução simples.
6.3.2. Alternativa 2
Como a substituição integral dos elevadores atuais, por uns mais eficientes, acarretaria custos muito elevados, e como os atuais foram instalados pela empresa Pinto & Cruz, foi solicitado a esta uma proposta sobre uma possível remodelação dos atuais.
A proposta recebida consiste na instalação de KITs que usam VEV (variadores eletrónicos de velocidade) no controlo dos motores, alegando as seguintes vantagens:
Redução do consumo no arranque e transições de velocidade; Melhoria significativa no conforto de viagem;
Precisão de paragem ao piso, resultado de uma melhor gestão de binário;
Redução considerável no desgaste mecânico de todos os componentes da máquina; Redução de consumo na ordem dos 25 a 30 %.
Com a alteração dos quadros de comando atuais para quadros com variação de frequência, seria também necessário trocar todas as botoneiras de patamar, as botoneiras da cabina e toda a parte elétrica, ficando estas alterações por volta de 15.000,00 € por elevador.
Com esta opção complementada com a alternativa 1 teríamos uma estimativa de consumos de acordo com a tabela seguinte:
44 Tabela 22 – Consumo nos elevadores com a remodelação da cabine + KIT
Como temos 4 elevadores teríamos um custo total de 60.400,00 € (15.000,00 x 4 + 400).
6.4.
Estudo de viabilidade económica
Como base nos elementos apurados anteriormente vai ser efetuado o respetivo estudo para se verificar se o investimento é vantajoso a nível financeiro.
Pela análise das tabelas seguintes concluímos que a alternativa 1 é viável, e o investimento é recuperado ao final de 2 anos, já na alternativa 2, apesar de existir uma grande redução no consumo de energia, mas devido ao investimento necessário ser bastante elevado, não se torna uma solução viável, nem a longo prazo.
45 Tabela 24 – Estudo de viabilidade económica (Entrada B)
46
7. Módulo IV - Instalação de um microprodução
A Microprodução é a geração de energia pelo próprio consumidor (empresa ou particular), utilizando equipamentos de pequena escala, nomeadamente painéis solares, microturbinas, microeólicas ou outro tipo de tecnologia [5].
Tabela 25 – Distribuição geográfica das unidades de Microprodução Ligadas no Distrito de Bragança (até 07/2011) [10]
A nível nacional a evolução das microproduções ligadas à rede é mostrada na figura seguinte:
FIGURA 25 – Evolução da microprodução em KW (até 07/2011) [10]
A legislação que regulamenta as unidades de microprodução pode ser consultada no site http://www.renovaveisnahora.pt, a qual tem sofrido algumas alterações desde 2007, data da sua criação.
Atualmente as alterações mais relevantes devem-se ao facto da introdução do DECRETO-LEI n.º 118-A/2010 de 25 de Outubro que simplifica o regime jurídico aplicável à produção de eletricidade por intermédio de unidades de microprodução, e procede à segunda alteração ao Decreto-Lei n.º 363/2007, de 2 de Novembro, e à segunda alteração ao Decreto-Lei n.º 312/2001, de 10 de Dezembro [10].
Com esta alteração introduzida já é possível instalar unidades de microprodução em condomínios que integrem seis ou mais frações, em que sejam utilizadas instalações trifásicas, com uma potência até 11,04 kW.
47 Na tabela seguinte estão as alterações mais relevantes com a introdução do novo decreto-lei.
Tabela 26 – Comparação entre o regime anterior e o atual
A tarifa a aplicar pode ser em regime geral ou bonificado, e no caso dos condomínios para ter acesso ao regime bonificado para a potência máxima (11,04 KW) é necessário reunir as seguintes condições:
Condomínio com 6 ou mais frações e contador trifásico;
Necessária auditoria energética e a implementação das medidas de eficiência energética com um retorno até dois anos.
Na figura seguinte esquematiza-se resumidamente o processo para a concretização da ligação de uma microprodução à rede de baixa tensão [22]:
48 Uma microprodução com sistema fotovoltaico e de ligação à rede é composto normalmente pelos seguintes componentes:
Módulos fotovoltaicos e respetivas estruturas de suporte e de montagem; Cabos AC-DC;
Inversor;
Mecanismo de proteção e aparelho de medida.
7.1.
Dados do local e orçamento
Para se poder determinar a radiação solar média anual e a colocação correta dos módulos solares foi identificada a localização geográfica (latitude e longitude) através do site http://www.earthtools.org, obtendo-se as coordenadas 41.8031°N 6.7762°W.
A orientação do edifício pode ver-se na figura seguinte, a qual foi obtida do site acima referido.
FIGURA 27 – Localização geográfica do imóvel [23]
Utilizando a regra empírica (1 KWp ≈ 10 m2 de área) para a potência a instalar (11,04 KW),
constatamos que necessitamos de aproximadamente de 110 m2.
Através de medidas realizadas no local verifica-se que temos uma área disponível de 261 m2 (29x9), o que nos permite instalar a potência pretendida, e ter bastante área de manobra para escolha dos locais mais adequados.
Devido à existência de peças salientes (chaminés, casa das máquinas, etc…), na parte superior do edifício, susceptiveis de causar sombra, após se ter dimensionado com exatidão a área a ocupar,
49 vai ser efetuado um estudo mais detalhado para identificação dos locais mais adequados para instalação dos módulos solares, bem como a distância mínima entre eles.
Para posterior estudo de viabilidade económica foi solicitado um orçamento via internet à empresa Mentenergica Lda, informando a potência pretendida a instalar, bem como a área disponível, da qual se obteve o orçamento seguinte:
Tabela 27 – Orçamento recebido
Em anexo também enviou os Datasheet dos módulos e do inversor a instalar, sendo os seguintes equipamentos:
Módulos fotovoltaicos Renesola JC240S-24/Bb de 240 Wp; Inversores SMA Sunny Boy 3800.
